基于高精度Σ-ΔADC和DSP的广播级数字音频延时器

　　CS4224和TMS320C32采用串行方式连接。CS4224的串行数据线SDIN和SDOUT分别与TMS320C32的串口数据线DR和DX直接相连，数据移位时钟SCLK与数据收发时钟CLKX和CLKR相连，左右声道时钟LRCK经二倍频后作为收发帧同步时钟FSX和FSR。工作时序见图2。

　　TMS320C23串口可以工作于可变或固定数据速率方式，进行连续或猝发传输。延时器选用可变数据速率方式和猝发传输，并工作于最高帧速率，即前面一帧和后面一帧之间没有停顿。

　　1.4 控制接口

　　可以通过两种接口方式控制CS4224：SPI和I2C，通过引脚SPI/I2C进行选择。延时器采用SPI模式控制CS4224的工作方式。CS、CDIN和CCLK分别为片选、数据线和位时钟，由M68HC05C8的内置SPI接口控制。给定CS4224控制寄存器地址，单片机可以读写控制寄存器的内容。M68HC05C8通过端口PC6复位CS4224。

　　TMS320C32芯片本身提供的I/O线只有XF0和XF1，利用这两根线分别作发送数据经和接收数据线，构成一个异步串行口，通过软件模块与M68HC05C8进行双机通信，由单片机控制TMS320C32的运行。同时，单片机通过端口PC0～5控制TMS320C32的复位端、工作方式选择端MCBL/MP和引导模式选择端INT0～3。

2 工作流程

　　2.1 音频信号处理

　　立体声音频信号首先经过输入调理电路。输入调理电路的主要作用是对音频信号进行缓冲和交流耦合，同时进行电平偏移，产生CS4224所需的2.3V供模输入电压，并满足CS4224满量程输入电压有效值为2V的要求。

　　音频信号送入CS4224后，进入片内一阶高通滤波器， 滤除输入信号中可能存在的直流偏置。为避免高通滤波器影响频率响应，可以通过ADC控制寄存器HPD域禁止该功能。CS4224具有输入电平监测功能，通过状态寄存器LV域指示峰值数字信号。A/D转换以后左右声道数字信号由内部数字输入滤波器滤波后，在数据移位时钟SCLK作用下分时从SDOUT引脚串行送出，左右声道时钟LRCK指示是左声道还是右声道信号，并开始一个新的采样周期。

　　从引脚SDIN输入的数字音频信号，经内部数字输出滤波器滤波后，再经过D/A转换，由片内缓冲放大器提供有效值最大为2V的差模输出电压。音频输出电压大小通过片内衰减器调节，模拟音量控制范围113.5dB;并以0.5dB步长步进调整，由输出衰减寄存器设置。音量调节过程采用淡入淡出方式，从当前音量到新设置音量以0.5dB的斜率逐渐变化，变化速率通过DAC控制寄存器RMP域可设置为4、16或32倍采样周期。如果通过DAC控制寄存器SOFT域禁止淡入淡出，音量变化通常发生在音量过零点，以便减小信号失真。如果未检测到过零点，则在512和1024个采样周期之间完成音量切换。CS4224同时具有输出静音功能，通过DAC控制寄存器MUT域设置，静音的实现和音量控制一样，也是以淡出方式进行。

　　输出调理电路采用两个二阶Butterworth滤波器，以便滤波除带外噪声。CS4224在采样频率附近为片外滤波器进行了3dB预补偿，可以在通带范围提供平坦的频率响应和线性相应。输出信号为差动平衡信号。

　　SDOUT引脚的47kΩ下拉电阻将CS4224设置为主机工作方式，LRCK和SCLK作为输出引脚。主时钟从CS4224的XT1引脚输入，频率为24.576MHz，经内部8分频，得到3.072MHz的串行数据移位时钟SCLK，再经64分频，得到48kHz的左右声道时钟LRCK，也是采样频率。分频关系通过时钟输出寄存器的MCK域来设置。

　　CS4224提供四种串行数据输入和输出格式，可以通过DSP端口模式寄存器的DDI和DDO域设置。延时器均采用格式1（FORMAT1），数据为24位左对齐方式。数据输入和输出时序如图2所示。